铁强化厌氧水解酸化微生物种间氢传递及其调控

发布时间：2025-05-07 23:41

　　水解酸化作为厌氧产甲烷的前一阶段,承担着为产甲烷菌提供适宜底物(一元碳和乙酸)的任务,同时也是工业废水提高可生化性的重要预处理手段,但其在实际应用中效率通常较低。一个重要的原因是厌氧产酸常受限于较高H2分压——H+作为酸化段厌氧氧化有机物的电子受体,其氧化还原电位较低(EH+/H2=-414 mV,pH = 7),只有在较低的H2分压(<104-10-5atm)下,有机酸的厌氧氧化才能在热力学上自发进行。同型产乙酸菌和嗜氢产甲烷菌作为厌氧耗H2的主要微生物,在许多厌氧系统中丰度较低,容易造成H+积累,进而导致厌氧工艺失败。因此,降低H2分压是推动厌氧水解酸化的关键。基于此,本论文开展厌氧水解酸化中的种间氢传递的强化方法和机制研究,分别采用零价铁强化同型产乙酸、磁铁矿强化异化铁还原以及生物电化学系统强化嗜氢产甲烷等厌氧耗H2手段,加速有机物的水解酸化,同时形成具有特殊结构的水解酸化颗粒污泥,为后续产甲烷过程提供适合的底物和环境条件。主要研究内容和结果如下:(1)为了强化厌氧水解酸化阶段同型产乙酸(耗氢)代谢,推动该平衡反应向右进行,本研究将零价铁投加至厌氧水解酸化反应器,以有机酸(丙...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1复杂有机物厌氧发酵过程

铁强化厌氧水解酸化微生物种间氯传递及其调控因此不能够被微生物直接利用。他们需要被胞外水解酶分解为小分子可溶这些溶解性单体或者二聚体有机物在产酸发酵细菌作用下进一步转化为有乙酸）和醇等末端产物，同时产生新的细胞物质［９］。对于含有难降解物质或者物的废水，水解产酸过程通常进行较为缓慢....

图1.3颗粒污泥结构示意图

氧颗粒污泥绝大部分呈椭球形或球形，其成熟后表面边界清晰，直径变化范围从??至丨」５．０?ｍｍ，有的甚至可达至ｌｊ?７．０?ｍｍ［４２］。透射电子显微镜（ＴＥＭ）分析显示，颗粒??表面和内部都存在大量不同种类的微生物群体，而这些微生物群体的种类与厌氧??内污水组成及反应器操作条件密....

图1.4颗粒污泥内的种间电子传递Figure1.4Interspeciesformate/hydrogentransferingranularsludge

铁强化厌氧水解酸化微生物种间氢传递及其调控泥。因此对于厌氧反应器而言，适当的水力停留时间选择对反应器内颗粒污泥有决定性作用。污泥中微生物在代谢过程中会分泌大量的胞外聚合物（ＥＰＳ），主聚糖和蛋白质。胞外多聚糖能够有效调节细胞的聚合和粘连，对维持颗粒污泥落的结构完整性方面起着至关重....

图１．５产甲烷微生物电解池原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｆｏｒ?ｍｅｔｈａｎｅ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ?ＭＥＣ??

氧发酵过程中得到广泛研宄，其机制在于电活性微生物在阳极氧化有机物，并将产生的??电子传递至阳极；在外加电场驱动下，电子由阳极被传递至阴极，进而被阴极表面的嗜??氢产甲烷菌捕获，并还原二氧化碳产甲烷图１．５）。??阳极：ＣＨ３ＣＯ〇－?＋?４Ｈ２〇?＝?２ＨＣ〇３－?＋?９Ｈ＋?＋....

本文编号：4043977